Plusy i minusy RBMK

Plusy RBMK

  1. Możliwość budowy reaktorów o większej mocy przez dodawanie typowych modułów
  2. Prostota łatwych do wykonania modułów
  3. Możliwość stosowania uranu naturalnego lub nisko wzbogaconego (1,8% - 3%), co czyni reaktory RBMK jednymi z najbardziej ekonomicznych na świecie
  4. Łatwość przeładunku paliwa w czasie normalnej pracy reaktora, czego ciemną stroną jest możliwość wykorzystania reaktora RBMK do produkcji plutonu do bomb jądrowych
  5. Elastyczność eksploatacji umożliwiająca pracę w różnych warunkach

Minusy RBMK

Poniższe punkty dotyczą reaktorów RBMK z okresu awarii w Czarnobylu (26 kwietnia 1986).

  1. Dodatni współczynnik reaktywności
  2. Brak obudowy bezpieczeństawa i mocnego, stalowego zbiornika reaktora
  3. Rozgrzanie grafitu powyżej temperatury zapłonu
  4. Wadliwa konstrukcja prętów regulacyjnych
  5. Powolne opuszczanie prętów regulacyjnych
  6. Sterowanie częściowo ręczne i możliwość wyłączania systemów bezpieczeństwa
  7. Ograniczenie zasobu wody do awaryjnego zalania rdzenia reaktora

 

Dodatni współczynnik reaktywności

Zobacz oddzielny artykuł

Brak obudowy bezpieczeństawa i mocnego, stalowego zbiornika reaktora

Paliwo reaktora RBMK znajdowało się w wielu równoległych kanałach (rurach) pod ciśnieniem, ale nie było zamknięte w zbiorniku ciśnieniowym, jak w reaktorach PWR, WWER czy BWR. Dzięki temu można było łatwo zbudować reaktor dużej mocy, gdyż konstrukcji nie ograniczały trudności w spawaniu grubych ścian dużego zbiornika mieszczącego rdzeń reaktora.

Budowano wielkie reaktory, które trudno było otoczyć obudową bezpieczeństwa, więc konstruktorzy z niej zrezygnowali, zamykając w pomieszczeniach szczelnych tylko część obiegu chłodzenia reaktora, bez rdzenia i rur pierwotnego obiegu chłodzenia.

Było to w jaskrawej sprzeczności z praktyką na całym świecie, gdzie obudowa bezpieczeństwa jest niezbędnym składnikiem systemu barier powstrzymujących w razie awarii uwalnianie do otoczenia produktów rozszczepienia.

Rozgrzanie grafitu powyżej temperatury zapłonu

W reaktorze RBMK grafit jest rozgrzany do bardzo wysokiej temperaturze (ok. 750ºC), znacznie przekraczającej jego temperaturę zapłonu w powietrzu, więc utrata otoczki gazów obojętnych grozi zapłonem.

Ponadto, jeżeli w przypadku rozerwania rury ciśnieniowej gorąca para dostanie się do grafitu, istnieje niebezpieczeństwo wyprodukowania tzw. gazu wodnego w reakcji:

H2O + C → CO + H2

Reakcja ta zachodzi przy temperaturze 1000-1200ºC, możliwej do osiągnięcia w wyniku pożaru, niewiele wyższej od normalnej temperatury eksploatacyjnej  grafitu.

Wadliwa konstrukcja prętów regulacyjnych

W Czarnobylu występowało dodatkowe niebezpieczeństwo, z którego nie zdawano sobie sprawy aż do czasu awarii, mianowicie wprowadzenie prętów bezpieczeństwa nie zawsze powodowało od razu wyłączenie reaktora.

Spośród 179 prętów kontrolnych reaktora RBMK 1000 jedynie 24 skrócone (służące do wyrównania rozkładu generacji mocy w rdzeniu) są wprowadzane od dołu. Reszta, wprowadzana od góry, jest wyposażona w umieszczone na dole grafitowe przedłużacze (wypełniacze), połączone z prętami pochłaniającymi za pomocą tzw. teleskopów.

Gwałtowny wzrost mocy w  wyniku opuszczania prętów regulacyjnych reaktora RBMK

Czasowy wzrost mocy reaktora RBMK podczas opuszczania prętów regulacyjnych od całkowitego wyciągnięcia (a) do pełnego opuszczenia (b)

Gdy pręt bezpieczeństwa był w pełni wyciągnięty z rdzenia, wypełniacz umiesz­czony był centralnie w rdzeniu, mając 1,25 m wody nad i pod sobą. Podczas opuszczania pręta w dolnej części kanału woda (pochłaniacz neutronów) była wypierana przez grafitowy wypełniacz (moderator), co powodowało lokalny wzrost mocy w dolnej części rdzenia.

Ten wzrost był tym większy, im większa była lokalna gęstość mocy.

W analizach bezpieczeństwa zakładano, że duża część prętów bez­pieczeństwa powinna być zanurzona w rdzeniu.

Niestety przed awarią reaktor czarnobylski przez długi czas pracował na małej mocy z wyciągniętymi prawie wszystkimi prętami regulacyjnymi. Wskutek tego, moc w dolnej części rdzenia była dużo większa niż w górnej.

Podczas awaryjnego wyłączania reaktora opuszczono naraz wiele prętów i lokalny wzrost mocy w dol­nej części rdzenia był o wiele większy niż jej zmniejszenie w części górnej. Wobec wielkich roz­miarów rdzenia RBMK czas potrzebny na pełne wprowadzenie pręta bezpieczeństwa do rdzenia wynosił 18 sekund, a lokal­ny wzrost reaktywność w dolnej części rdzenia trwał kilka sekund.

To wystarczyło do stopienia rdzenia.

Powolne opuszczanie prętów regulacyjnych

Problemem było powolne opuszczanie prętów regulacyjnych, zaledwie 0,4 m/s co znacznie wydłużało okres przerwania reakcji łańcuchowej i całkowitego wyłączenia reaktora. Wydłużało również okres wzrostu mocy spowodowany wadliwą konstrukcją prętów regulacyjnych.

Sterowanie, częściowo ręczne i możliwość wyłączania układów bezpieczeństwa

Awaria w Czarnobylu nastąpiła 25 kwietnia 1986 podczas doświadczenia symulowania stanu awaryjnego po utracie zasilania elektrycznego.

Układ awaryjnego chłodzenia rdzenia (UACR) reaktora był oddzielony od obiegu pierwotnego zaworem odcinającym, a nie zwrotnym i mógł być ręcznie włączany i wyłączany.

W czasie doświadczenia - igrając z losem, wbrew przepisom - odłączono UACR.

Gdy dyspozytor zażądał utrzymania dostaw energii elektrycznej, reaktor utrzymywano przez wiele godzin na zmniejszonej mocy  z wyłączonym UACR. Gdy wskutek tego wszedł w stan niestabilny, operatorzy odłączyli także układy awaryjnego wyłączania, bojąc się, że przedwczesne wyłączonie, uniemożliwiłoby realizację eksperymentu.

Ograniczenie zasobu wody do awaryjnego zalania rdzenia reaktora

Reaktor składa się z oddzielnych kanałów ciśnieniowych (paliwowych). Ze względu na jego duże rozmiary konstruktorzy uznali, że rozerwanie obiegu pierwotnego spowoduje utratę wody tylko z części kanałów i ograniczyli rozmiary układu awaryjnego chłodzenia rdzenia tak, by dostarczał wodę do tej połowy rdzenia, która była narażona na utratę chłodziwa. Specjalny układ detekcji przecieków miał niezawodnie wykrywać uszkodzoną połowę.

Uzyskano oszczędności – ale moc układu chłodzenia awaryjnego była zmniejszona i aby działał prawidłowo, trzeba było wskazać, do której części rdzenia ma  wtryskiwać wodę. Brakowało wody do awaryjnego chłodzenia paliwa w całym rdzeniu reaktora, a awaria w Czarnobylu objęła cały rdzeń.

Gwałtowny wzrost mocy w  wyniku opuszczania prętów regulacyjnych reaktora RBMK